Biooxidación avanzada de compuestos modelo de lignina y contaminantes por el hongo ligninolítico Pleurotus eryngii
- Autores: Ana Belén García Martín
- Directores de la Tesis: Francisco Guillén Carretero (dir. tes.), María Enriqueta Arias Fernández (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Alicia Prieto Orzanco (presid.), Manuel Pascual Hernández Cutuli (secret.), David Ibarra Trejo (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencias de la Salud por la Universidad de Alcalá
- Materias:
- Enlaces
- Resumen
- español
La lignina, junto a la celulosa y la hemicelulosa, constituyen los componentes mayoritarios de las paredes celulares vegetales. La degradación de la lignocelulosa es un proceso natural de reciclado de la materia orgánica en el que intervienen diferentes tipos de organismos, pero su colonización en la Naturaleza se produce principalmente por hongos basidiomicetos, entre los que se encuentran los hongos ligninolíticos de podredumbre blanca. Estos hongos se caracterizan por su capacidad para degradar eficazmente todos los componentes de la madera, incluido la lignina. Su sistema ligninolítico está integrado por varios tipos de enzimas (lacasas, peroxidasas, oxidasas y reductasas), cuya capacidad de oxidar la lignina incluye un modo de acción directo y otro indirecto. Este último implica la producción de agentes ligninolíticos de bajo peso molecular y alto potencial redox que juegan un papel fundamental en la alteración inicial de la estructura de la lignocelulosa, requerida para la penetración de las enzimas degradativas. Estos agentes incluyen los radicales hidroxilo (·OH). Entre los distintos mecanismos de producción de ·OH que poseen los hongos ligninolíticos se encuentra el generado a través del establecimiento de ciclos redox de quinonas producidas durante la degradación de la lignina. Para que el establecimiento del ciclo redox y la producción de ·OH tenga lugar basta con incubar al hongo en presencia de una quinona y Fe3+ convenientemente quelado.
En este trabajo se ha abordado la optimización de la producción de ·OH, mediante el mecanismo mencionado, por el hongo ligninolítico Pleurotus eryngii, estudiándose el efecto de la edad de cultivo, el quelante de Fe3+ y el tipo de quinona utilizados. Una vez optimizado el mecanismo de producción de ·OH, se evaluó el efecto de dichos radicales en la actividad ligninolítica del hongo. Los trabajos realizados se centraron en el estudio de degradación de compuestos modelo de lignina no fenólicos y la implicación del ·OH en la ruptura del enlace Cα-Cβ de dichos compuestos. Se demostró que P. eryngii únicamente es capaz de degradar los compuestos cuando se indujo en él la producción de ·OH. Entre otros, la degradación de los compuestos por el ·OH rindió como intermediario veratraldehído, producto característico de la ruptura Cα-Cβ, poniéndose de manifiesto la implicación del ·OH en dicha reacción.
Posteriormente se evaluó el efecto de inducir en P. eryngii la producción de ·OH sobre su capacidad para degradar un amplio número de compuestos orgánicos contaminantes (colorantes y BTEX). Se comprobó que dicha inducción capacita al hongo para degradar compuestos no oxidados por sus enzimas y acelera considerablemente la degradación de todos los demás. Estos resultados nos permiten considerar la inducción en P. eryngii de la producción extracelular de ·OH para la eliminación de contaminantes como un proceso de biooxidación avanzada.
Códigos de las áreas de clasificación UNESCO de la Tesis doctoral presentada por Dª. Ana Belén García-Martín con el título “BIOOXIDACIÓN AVANZADA DE COMPUESTOS MODELO DE LIGNINA Y CONTAMINANTES POR EL HONGO LIGNINOLÍTICO Pleurotus eryngii” 2414 Microbiología 241406 Hongos 241407 Metabolismo Microbiano 241408 Procesos Microbianos 330203 Microbiología Industrial
- English
ABSTRACT Lignin, along with cellulose and hemicellulose, constitute the major components of plant cell walls. The degradation of the lignocellulose is a natural process of recycling of organic matter in which different types of organisms take part, but its colonization in Nature is mainly produced by basidiomycete fungi, group including the white rot fungi. This kind of fungi is characterized by their ability to effectively degrade all components of wood, including lignin. Its ligninolytic system is constituted by several types of enzymes (laccases, peroxidases, oxidases and reductases), whose ability to oxidize lignin includes a direct and indirect mode of action. The latter involves the production of ligninolytic agents of low molecular weight and high redox potential that play a fundamental role in the initial alteration of the structure of lignocellulose, required for the penetration of degradative enzymes. These agents include hydroxyl (·OH) radicals. Among the various mechanisms of ·OH production that ligninolytic fungi possess is the one generated through the establishment of redox cycles of quinones produced during the degradation of lignin. For the establishment of the redox cycle and the production of ·OH, it is sufficient to incubate the fungus in the presence of a quinone and suitably chelated Fe3+.
In this work, the optimization of the production of ·OH, through the aforementioned mechanism, by the ligninolytic fungus Pleurotus eryngii has been approached, and the effect of the age of culture, the chelating agent of Fe3+ and the type of quinone were the criteria taking into account for the evaluation. After the optimization of ·OH production through redox cycle of quinones, the effect of these radicals on the ligninolytic activity of the fungus was evaluated. The work carried out was addressed to the study of the degradation of non-phenolic lignin model compounds as well as to the implication of ·OH on its Cα-Cβ bond cleavage. It was shown that P. eryngii is only able to degrade the compounds when ·OH production is induced. Among others, the degradation of the compounds by ·OH yielded veratraldehyde, characteristic intermediate product of the Cα-Cβ cleavage, revealing the implication of ·OH in the reaction.
The effect of inducing ·OH production in P. eryngii on its ability to degrade a large number of organic pollutant compounds (dyes and BTEX) was subsequently evaluated. This induction was shown to enable the fungus to degrade compounds which cannot be oxidized by their enzymes and greatly accelerates the degradation of all others. These results allow us to consider the induction in P. eryngii of extracellular production of ·OH as a good strategy for the removal of contaminants and could be exemplified as an advanced bio-oxidation process.
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